Особенности ферментной системы микроорганизмов

ЛЕКЦИЯ 3:

Общая физиология и обмен веществ микроорганизмов.

1. Химический состав микроорганизмов и механизмы поступления веществ в  микробную клетку

Особенности ферментной системы микроорганизмов

Питание микроорганизмов.

Общая характеристика обмена веществ микроорганизмов

Брожение

Аэробное и анаэробное дыхание

1. Химический состав м-ов и механизмы поступления в-в в микробную клетку

Химический состав микроорганизмов рассматривается на двух уровнях: элементарном и молекулярном.

Элементарный уровень подразумевает пропорцию входящих в состав бактериальной клетки элементов. Всего микробная клетка может содержать около 90 различных элементов. Среди них выделяют 2 категории: макроэлементы – те, которые содержатся в количестве более, чем 0,01%. Это, в первую очередь, органогены: C(50%), H(8%), O(20%) и N(14%). Суммарное их содержание в клетке около 90% и они составляют основу органического вещества. Далее следуют: P(3%), S, K, Nа - по 1%, Ca, Cl, Mg – по 0,5%, Fe - 0,2%. Mикроэлементы – входят в состав клетки в количествах менее, чем 0,01%. К ним относятся: J, B, Mb, Zn, Cu, V, Ag и др.

Молекулярный уровень учитывает состав молекул. Все вещества микробной клетки делят на 2 группы: сухие вещества и воду - Н₂О. Содержание воды в микробной клетке – 80-90%. Сухие вещества подразделяются на зольные (минеральные соли) – 2-5% и органические – белки (52%), жиры(9%), углеводы(17%), нуклеиновые кислоты(РНК – 16%, ДНК – 3%).

Поступление в-в в микробную клетк у. Клеточная стенка имеет крупноячеистое строение и не является барьером при поступлении молекул. Существует лишь один основной барьер - плазмалемма, которая обладает избирательной проницаемостью (одни вещества пропускает, а другие - нет). Между содержимым клетки и внешней средой всегда существует разница концентраций молекул и ионов. Этот перепад называется электрохимическим градиентом иявляетсядвигателем перемещения веществ через мембрану. Перемещение частиц из области большей концентрации в область меньшей называется движением по градиенту. Перемещение в противоположном направлении – движением против градиента концентраций и зарядов. Если концентрация молекул или ионов за пределами клетки больше, чем в клетке, такой раствор называется гипертоническим. Если же наоборот, внешний раствор называется гипотоническим.

Поступление веществ в клетку зависит от многих факторов: соотношения их концентраций внутри клетки и за ее пределами, от размера молекул, энергетического состояния клетки и др. Выделяют два основных пути транспорта веществ через клеточную мембрану: пассивный и активный.

Пассивный транспорт проходит по электрохимическому градиенту (из области большей концентрации молекул и зарядов в область меньшей концентрации) без затрат энергии извне (за счет энергии самого градиента). Виды пассивного транспорта: А) простая диффузия – это движение через поры в мембране за счет осмотических сил, которое ограничивается только размерами пор; Б) облегчённая диффузия - осуществляется при помощи белков–переносчиков (пермеаз), в т. ч., по турникетному механизму. Турникетный белок захватывает молекулу субстратаи за счёт энергии электрохимического градиента поворачивается на 180º и проносит субстрат в клетку. Здесь комплекс распадается и белок-переносчик возвращается в исходное положение, т.к. химическое сродство к наружной стороне мембраны у него выше, чем к внутренней.

Активный транспорт - происходит по челночному механизму. Белок-переносчик на внешней стороне мембраны присоединяет молекулу субстрата и макроэргическую связь молекулы АТФ (комплекс: белок-переносчик – макроэргическая связь - субстрат). За счёт энергии АТФ комплекс перемещается на внутреннюю сторону мембраны, где распадается. Свободный переносчик возвращается на внешнюю сторону, с которой имеет высокое химическое сродство.

Особенности ферментной системы микроорганизмов

Ферменты (энзимы) – биокатализаторы – вещества, ускоряющие реакции в сотни, тысячи и миллионы раз, но сами они при этом не изменяются. Все реакции в организме проходят при участии ферментов.

По структуре ферменты бывают однокомпонентные и двухкомпонентные. Однокомпонентные ферменты состоят только из белка (пример – пепсин желудочного сока). Двухкомпонентные состоят из белка (апофермента) и небелковой части – кофермента (ферменты каталаза, пероксидаза) Коферментами могут служить витамины, гормоны, нуклеотиды, ионы металлов.

По скорости синтеза ферменты делят на коститутивные и индуцибельные. Коститутивные ферменты синтезируются с постоянной скоростью и концентрация их в клетке относительно постоянна. Индуцибельные ферменты синтезируются по необходимости. Их концентрация зависит от присутствия в среде тех или иных питательных веществ – субстратов.

По месту нахождения выделяют 2 группы: эндоферменты и экзоферменты. Эндоферменты синтезируются и проявляют каталитическую активность внутри клетки. Экзоферменты синтезируются внутри клетки, затем выделяются за ее пределы и длительное время сохраняют активность. Наиболее часто экзоферментами являются гидролитические ферменты, которые разлагают полимеры на мономеры.

Свойства ферментов: 1)термолабильность, 2)наличие активного центра, 3)субстратная специфичность, 4)специфичность к типу катализируемой реакции.

Активный центр фермента – часть молекулы, конфигурация которой соответствует форме субстрата (субстрат – вещество с которым работает данный фермент). Реакция происходит при непосредственном участии активного центра.

Главная особенность ферментативных реакций: они протекают в составе активного комплекса, образованного при связывании субстрата с активным центром фермента, к которому субстрат обладает сильным химическим сродством. Образуется фермент-субстратный комплекс (ФСК). В фазе ФСК происходит ферментирование (преобразование) субстрата, в результате чего высвобождаются продукты реакции.

Особенности ферментных систем микроорганизмов:

1)способность продуцировать большое количество экзоферментов, 2)быстрая смена ферментных наборов.